JPH07271434A - 複数の移動ロボットによる環境地図作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のロボットを用いた環境地図作成の利点
を損なうことなく、個別地図どうしを合成して環境地図
全体を作成する。 【構成】 両ロボットＡ，Ｂが地点Ｐ_A'，Ｐ_B'に到達し
て互いに近接すると、ロボットＡはロボットＢの位置を
計測し、自己との相対位置を表わすベクトルｃを得る。
さらに、ロボットＡはロボットＢから個別座標系Ｂ_xy上
のロボットＢの位置を表わすベクトルｂを得、ベクトル
ｂ，ｃと個別座標系Ａ_xy上の自己の位置を表わすベクト
ルａから個別座標系Ｂ_xyの個別座標系Ａ_xyに対する相対
位置を表わすベクトルｄを求め、個別座標系Ｂ_xy上の自
己の位置を表わすベクトルｅを求め、個別座標系Ａ_xy上
の自己の位置を表わすベクトルａと置き換える。ロボッ
トＡは、個別座標系Ａ_xy上に作成した個別地図を、個別
座標系Ｂ_xyに基づいた地図に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の移動ロボット
（以下、単にロボットと呼ぶ）が、種々の物体が存在す
る環境内を同時に行動してその環境の地図を作成する場
合に、各々のロボットが個別の座標系に基づいて作成し
た地図を合成することによって環境全体の地図を生成す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットが、その周囲をとりまく環境に
関する地図を自らその環境内を行動して作成すること
を、ロボットの環境地図作成と呼ぶ。

【０００３】複数のロボットが環境地図作成を行なう場
合は、各々のロボットがまず最初に個々の座標系（個別
座標系と呼ぶ）を設定する。次に、ロボットが環境内を
行動し、その過程において周囲の物体をセンサーである
テレビカメラなどを用いて観測し、個別座標系上にそれ
らの物体の輪郭線を記入してゆく。ロボット自身の個別
座標系上の位置は、デッド・レコニングによって認識す
る。デッド・レコニングとは、ロボットがある基準点を
出発して移動する際、例えば車輪によって移動するなら
ば、その車輪の回転数に車輪の円周を乗じた値を移動距
離とみなして、基準点に対する自己の位置を認識する方
法である。

【０００４】このようにして各々のロボットが作成した
地図（個別地図と呼ぶ）をすべて合成することによっ
て、環境全体の地図が得られる。このとき、合成しよう
とする個別地図どうしは共通の座標系に基づいている必
要がある。したがって、各々のロボットが最初に設定し
た個別座標系が、個別地図どうしを合成する際には単一
の座標系に統合されている必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】複数のロボットによる
環境地図作成に関する従来の技術においては、各ロボッ
トの個別座標系どうしが異なっている場合、それらを統
合して共通の座標系に変換する具体的な方法については
検討されていない。すなわち、すべての個別座標系は最
初から同一の座標系であることが前提になっている。

【０００６】従来の技術においては全ての個別座標系を
同一座標系に統一しようとすれば、環境地図作成を開始
する時点においてすべてのロボットを同一場所に集めて
座標系を設定しなければならない。この方法は実現が困
難であるばかりか、複数のロボットの使用によって生ず
る利点、すなわち、複数のロボットが環境内の各々異な
る場所において作成した個別地図を合成することにより
環境地図作成に要する時間が大幅に短縮されるなどの利
点を十分に生かすことができないという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、複数のロボットを用いた
環境地図作成の利点を損なうことなく個別座標系どうし
を統合し、個別地図どうしを合成して環境全体の地図を
作成する、複数の移動ロボットによる環境地図作成方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の、複数の移動ロ
ボットによる環境地図作成方法は、第１のロボットが移
動中に、搭載したセンサーにより個別座標系が異なる第
２のロボットの接近を感知した時、第１のロボットは、
第２のロボットの位置をセンサーにより測定し、自己の
個別座標系である第１の座標系上の自己との相対位置を
表わすベクトルｃを得、第２のロボットに対して、自己
の個別座標系である第２の座標系上の自己の位置を表わ
すベクトルｂを送信させて、第１のロボットは、ベクト
ルｃとベクトルｂの逆ベクトル−ｂと第１の座標系上の
自己の位置を表わすベクトルａを加算することにより、
第２の座標系の第１の座標系に対する相対位置を表わす
ベクトルｄを得るか、第１のロボットが第２のロボット
に対してベクトルｃとベクトルａを送信し、第２のロボ
ットは、ベクトルｃとベクトルａの逆ベクトル−ａとベ
クトルｂを加算することにより、第１の座標系の第２の
座標系に対する相対位置を表わすベクトルｄ’を得て、
一方の個別座標系を共通の個別座標系として他方の個別
座標系をこれに統合する座標系統合ステップを有し、各
ロボットは、搭載したセンサーにより自己の個別座標系
上の物体の位置を認識し、前記個別地図を作成し、個別
座標系が互いに異なる２台のロボットが互いに接近した
とき前記座標系統合ステップを実行して一方の個別座標
系を他方の個別座標系に統合し、該一方の個別座標系と
同じ個別座標系を有するロボットが他にある場合、前記
座標系統合ステップを実行して該ロボットの個別座標系
も前記他方の個別座標系に統合することを全てのロボッ
トが唯一の共通の個別座標系を持つまで繰り返し、各ロ
ボットは、自己の個別座標系上の物体の位置を表わすベ
クトルから、共通の個別座標系の自己の個別座標系に対
する相対位置を表わす、前記座標系統合ステップを求め
たベクトルｄまたはｄ’を差し引き、物体の位置を表わ
すベクトルを共通の個別座標系上のベクトルに変換する
ことにより、自己の個別地図を共通の個別座標系上の個
別地図に変換する処理を前記座標系統合ステップで、ま
たは唯一の共通の個別座標系が求まった後行ない、唯一
の共通の個別座標系上の個別地図を統合する。

【０００９】

【作用】本発明の前提として、環境地図の作成を行なう
複数のロボット（以下、ロボット群と呼ぶ）のすべて
が、近傍に存在する他のロボットの位置を計測する計測
機能および計測した位置を含む情報を他のロボットに伝
える通信機能を備えることが必要である。

【００１０】本発明の特徴の第１の特徴は、ロボット群
のうちの２台のロボットどうしが接近し、しかもそれぞ
れのロボットの個別座標系どうしが異なっているなら
ば、上記計測機能を用いて一方のロボット（計測ロボッ
トと呼ぶ）が他方のロボット（被測ロボットと呼ぶ）の
位置を計測し、得られた計測値に基づいて、一方のロボ
ットが自己の個別座標系を他方のロボットの個別座標系
と同一の座標系（共通の個別座標系）に変換することで
ある。このとき、個別座標系を変換するロボットは、計
測ロボットと被計測ロボットのいずれでもよい。

【００１１】本発明の第２の特徴は、同一の個別座標系
を有する複数のロボット（同系ロボット群と呼ぶ）のう
ちの１台が、上記第１の特徴に示す操作によって自己の
個別座標系を変換したならば、同じ同系ロボット群に属
する他のすべてのロボットも各々の個別座標系を変換し
て、同系ロボット群内の個別座標系の同一性を保つとい
うことである。

【００１２】なお、複数のロボットを用いることの利点
を生かすためには、それらの作成する個別地図の重複が
無いことが望ましい。したがって、環境地図作成を開始
する時点においては、個々のロボットは環境内に均等に
分散しているのが望ましい。環境内に均等に分散したロ
ボットは、各々の地点において個別座標系を設定した
後、個別地図の作成を開始する。したがって、環境地図
作成が開始される時点においては、個々のロボットの個
別座標系はすべて異なっている。第１の特徴により、こ
れらのロボットのうち２台のロボットが近接した場合、
両ロボットの個別座標系どうしが統合される。この結
果、２台のロボットからなる同系ロボット群は生ずる。
第２の特徴により、この同系ロボット群に含まれるロボ
ットの数が順次増えてゆき、最終的には、ロボット群が
一つの同系ロボット群になる、すなわち、すべての個別
座標系が統合される。すべての個別座標系が統合されれ
ば、ロボットの通信機能によって、各々の個別地図をロ
ボットどうしが伝え合い、あるいは各々の個別地図を人
間が集めて、それらを合成して環境全体の地図が生成さ
れる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図１は移動ロボットの一例を示す構成図で
ある。

【００１５】このロボットは、センサーであるテレビカ
メラ１と、その支持台２と、計算機３と、無線通信機４
と、車輪５と、車輪５の駆動機構６と、フレーム７と、
信号ケーブル８，９，１０からなる。テレビカメラ１は
支持台２に任意の方向に向けられるように設置されてい
る。無線通信機４は、他のロボットと情報の交信を行な
う。車輪５はフレーム７に固定され、計算機３が指示す
る任意の方向に駆動機構６によって、当該ロボットを移
動させる。信号ケーブル８は、計算機３の撮影指示をテ
レビカメラ１に伝え、テレビカメラ１が生成した画像信
号、およびテレビカメラ１の回転方向と角度とを計算機
３に伝達する信号路である。信号ケーブル９は計算機３
と無線通信機４との信号路である。信号ケーブル１０は
計算機３が出力する移動情報を駆動機構６に伝達する信
号路である。計算機３は記憶装置を含み、本ロボットの
動作を実現するプログラムが格納されており、該プログ
ラムによりテレビカメラ１、無線通信機４、駆動機構６
を制御する。

【００１６】図２は図１に示したような構成の２台のロ
ボットＡ，Ｂからなるロボット群が、種々の物体が存在
する環境Ｅ内を移動して環境地図の作成を行なう際に、
個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xyを統合する様子を上方から見た模
式図である。簡単のため、環境Ｅ内に存在する物体のう
ち、物体Ｆ以外のものの記載を省略した。

【００１７】ロボットＡ，Ｂは、最初に環境Ｅ内のたが
いに離れた地点Ｐ_A ，Ｐ_B にそれぞれ位置し、それぞれ
の地点Ｐ_A，Ｐ_Bにおいて個別座標系Ａ_xyおよびＢ_xyを設
定する。次に、ロボットＡ，Ｂは、先に説明したデッド
・レコニングを用いて各々の個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xy上の
自己の位置を認識しながら環境Ｅ内を移動し、同時に周
囲に存在する物体をテレビカメラ１によって観測して個
別地図を作成する。

【００１８】ロボットＡおよびＢは、上記の操作を行な
いながらそれぞれ軌跡ｈおよびｉに沿って環境Ｅ内を移
動し、地点Ｐ_A′，Ｐ_B′に到達して互いに近接する。両
ロボットがたがいに近接したことの認識は、ロボットが
他の近接したロボットの位置を計測する計測機能を用い
ることにより可能となる。計測機能は、例えば一方のロ
ボットが２台のテレビカメラを用いて他方のロボットを
ステレオ視するなどの方法によって実現することができ
る。

【００１９】ロボットＡは上記の機能を用いてロボット
Ｂの位置を計測し、自己との相対位置を表わすベクトル
ｃを得る。ロボットＢは、自己の個別座標系Ｂ_xy上の位
置を表わすベクトルｂをロボットＡに伝える。ロボット
Ａは、ベクトルｃとベクトルｂの逆ベクトル−ｂと個別
座標系Ａ_xy上の自己の位置を表わすベクトルａを加算し
て、個別座標系Ｂ_xyの個別座標系Ａ_xyに対する相対位置
を表わすベクトルｄを得る。さらに、ロボットＡは、ベ
クトルａと得られたベクトルｄとの差分をとることによ
り、個別座標系Ｂ_xy上の自己の位置を表わすベクトルｅ
を求め、個別座標系Ａ_xy上の自己の位置を表わすベクト
ルａをベクトルｅに置き換える。

【００２０】また、ロボットＡは、ロボットＡとＢがた
がいに近接した位置に到達する時点までに個別座標系Ａ
_xy上に作成した個別地図を、個別座標系Ｂ_xyに基づく地
図に変換する。例えば、物体Ｆの位置を個別座標系Ａ_xy
上のベクトルｆによって表わしていたならば、ベクトル
ｆとベクトルｄの差分をとることにより、個別座標系Ｂ
_xy上のベクトルｇを求め、ベクトルｆをベクトルｇに置
き換えることによって、個別座標系Ａ_xyに基づく物体Ｆ
の個別地図を、共通の個別座標系である個別座標系Ｂ_xy
に基づく個別地図に変換する。

【００２１】以上の操作により、ロボットＡは、自己の
個別座標系Ａ_xyをロボットＢの個別座標系Ｂ_xyと同一の
ものに変換し、同時に自己の個別地図を個別座標系Ｂ_xy
に基づく地図に置き換えた。すなわち、環境Ｅの環境地
図を作成する２台のロボットＡおよびＢが、それぞれの
個別座標系どうしを統合したことになる。

【００２２】なお、ロボットＡはベクトルｃおよびベク
トルａをロボットＢに伝え、ロボットＢはベクトルｃと
ベクトルａの逆ベクトル−ａとベクトルｂを加算して、
個別座標系Ａ_xyの個別座標系Ｂ_xyに対する相対位置を表
わすベクトルｄ’を得、ベクトルｂと得られたベクトル
ｄ′の差分をとることにより、個別座標系Ａ_xy上の自己
の位置を表わすベクトルを求め、これを個別座標系Ｂ_xy
上の自己の位置を表わすベクトルｂと置き換えてもよ
い。この場合、ロボットＢは、個別座標系Ｂ_xy上に作成
した個別地図を、個別座標系Ａ_xyに基づく地図に変換す
ることになる。図３は、環境Ｅの環境地図を作成する４
台のロボットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなるロボット群が、そ
れぞれ軌跡ｊ，ｋ，ｌ，ｍに沿って移動する過程におい
て、各自の個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xyを統合す
る様子を上方から見た模式図である。簡単のため、環境
Ｅ内に存在する物体の記載を省略した。

【００２３】４台のロボットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、最初、
環境Ｅ内のたがいに離れた場所に位置し、それぞれの場
所において個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xyを設定す
る。次に、これらの４台のロボットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、
デッド・レコニングを用いて各々の個別座標系Ａ_xy，Ｂ
_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xy上の自己の位置を認識しながら環境Ｅ内
を移動し、同時に周囲に存在する物体をテレビカメラ１
によって観測して個別地図を作成する。

【００２４】ロボットＡおよびＢは、上記の操作を行な
いながらそれぞれ軌跡ｊおよびｋに沿って環境Ｅ内を移
動し、地点Ｐ₁ の近くにおいて互いに近接する。この地
点において両ロボットＡ，Ｂは、図２に関して述べた操
作を行ない、ロボットＢは個別座標系Ｂ_xyを個別座標系
Ａ_xyに統合する。この結果、個別座標系Ａ_xyを共通の個
別座標系とする同系ロボット群｛Ａ，Ｂ｝が生ずる。一
方、ロボットＣおよびＤがそれぞれ軌跡ｌ，ｍに沿って
環境Ｅ内を移動し、地点Ｐ₂ の近くにおいて互いに近接
すると、地点Ｐ₁ におけるロボットＢと同様にしてロボ
ットＤは自己の個別座標系Ｄ_xyを個別座標系Ｃ_xyに統合
する。この結果、個別座標系Ｃ_xyを共通の個別座標系と
する同系ロボット群｛Ｃ，Ｄ｝が生ずる。

【００２５】次に、ロボットＡおよびＤがそれぞれ軌跡
ｊおよびｍに沿ってさらに移動し、地点Ｐ₃ の近くにお
いてたがいに近接する。この地点においてロボットＤは
個別座標系Ｃ_xyをロボットＡの個別座標系Ａ_xyに統合す
る。このとき、両ロボットＡ，Ｄはすでにロボット群
｛Ａ，Ｂ｝および｛Ｃ，Ｄ｝にそれぞれ属しているの
で、後者のロボット群に属するロボットＣは、図２に示
した操作を行なって個別座標系を変換する。すなわち、
ロボット群｛Ｃ，Ｄ｝のうちロボットＤが個別座標系Ｃ
_xyを個別座標系Ａ_xyに変換したので、同じロボット群に
属するロボットＣもまた個別座標系Ｃ_xyを個別座標系Ａ
_xyに変換して、ロボット群内の個別座標系が同一である
状態を保つ。一方、ロボット群｛Ａ，Ｂ｝に関しては、
いずれのロボットに関しても個別座標系を変換する必要
はない。

【００２６】以上の操作によって、環境地図を作成する
４台のロボットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる同系ロボット群
｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝が生じ、この結果、各ロボットＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xyがすべ
て唯一の共通の個別座標系である個別座標系Ａ_xyに統合
された。この後、各ロボットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、作成し
た個別地図をたがいに伝え合うことによって合成し、環
境全体の地図を生成する。なお、各個別座標系に基づく
物体のベクトルを共通の個別座標系上のベクトルに変換
する操作は、個別座標系の変換が行なわれるたびに行な
ってもよいし、全ての個別座標系が唯一の共通の個別座
標系（この場合個別座標系Ａ_xy）に統合された後にまと
めて行なってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、座標系
統合ステップにより、個別座標系が異なるロボットの個
別座標系を順次統合してゆき、唯一の共通の個別座標系
とすることにより、複数のロボットを用いた環境地図作
成の利点を損なうことなく環境全体の地図を作成するこ
とが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる移動ロボットの一例の構造
を示す構成図である。

【図２】環境地図を作成する２台のロボットＡ，Ｂが、
個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xyを統合する様子を上方から見た模
式図である。

【図３】環境地図を作成する４台のロボットＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄが、個別座標系Ａ_xy，Ｂ_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xyを統合す
る様子を上方から見た模式図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ ロボット Ｅ 環境 Ｆ 物体 Ｐ_A ，Ｐ_A'，Ｐ_B ，Ｐ_B'，Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ 地点 Ａ_xy，Ｂ_xy，Ｃ_xy，Ｄ_xy 個別座標系 ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ ベクトル ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ ロボットの軌跡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々が、方向選択可能な移動能力と、周
   囲の状況を検出するセンサーを有し、相互に通信可能な
   複数のロボットが、種々の物体が存在する環境内を個別
   に同時に移動して各ロボットが独自に設定した個別座標
   系を基準として当該ロボットの近傍の個別地図を作成
   し、作成された個別地図を合成して該環境の全体の地図
   を作成する、複数の移動ロボットによる環境地図作成方
   法であって、 第１のロボットが移動中に、搭載したセンサーにより個
   別座標系が異なる第２のロボットの接近を感知した時、
   第１のロボットは、第２のロボットの位置をセンサーに
   より測定し、自己の個別座標系である第１の座標系上の
   自己との相対位置を表わすベクトルｃを得、第２のロボ
   ットに対して、自己の個別座標系である第２の座標系上
   の自己の位置を表わすベクトルｂを送信させて、第１の
   ロボットは、ベクトルｃとベクトルｂの逆ベクトル−ｂ
   と第１の座標系上の自己の位置を表わすベクトルａを加
   算することにより、第２の座標系の第１の座標系に対す
   る相対位置を表わすベクトルｄを得るか、第１のロボッ
   トが第２のロボットに対してベクトルｃとベクトルａを
   送信し、第２のロボットは、ベクトルｃとベクトルａの
   逆ベクトル−ａとベクトルｂを加算することにより、第
   １の座標系の第２の座標系に対する相対位置を表わすベ
   クトルｄ’を得て、一方の個別座標系を共通の個別座標
   系として他方の個別座標系をこれに統合する座標系統合
   ステップを有し、 各ロボットは、搭載したセンサーにより自己の個別座標
   系上の物体の位置を認識し、前記個別地図を作成し、 個別座標系が互いに異なる２台のロボットが互いに接近
   したとき前記座標系統合ステップを実行して一方の個別
   座標系を他方の個別座標系に統合し、該一方の個別座標
   系と同じ個別座標系を有するロボットが他にある場合、
   前記座標系統合ステップを実行して該ロボットの個別座
   標系も前記他方の個別座標系に統合することを全てのロ
   ボットが唯一の共通の個別座標系を持つまで繰り返し、 各ロボットは、自己の個別座標系上の物体の位置を表わ
   すベクトルから、共通の個別座標系の自己の個別座標系
   に対する相対位置を表わす、前記座標系統合ステップで
   求めたベクトルｄまたはｄ’を差し引き、物体の位置を
   表わすベクトルを共通の個別座標系上のベクトルに変換
   することにより、自己の個別地図を共通の個別座標系上
   の個別地図に変換する処理を前記座標系統合ステップ
   で、または唯一の共通の個別座標系が求まった後行な
   い、 唯一の共通の個別座標系上の個別地図を統合する、複数
   の移動ロボットによる環境地図作成方法。